RU2188365C1

RU2188365C1 - Mechanical heat generator

Info

Publication number: RU2188365C1
Application number: RU2000130423/06A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Назырова; М.П. Леонов
Original assignee: Назырова Наталья Ивановна; Леонов Михаил Павлович
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2002-08-27

Abstract

FIELD: heat-power engineering; heating systems for living and industrial rooms; hot water supply systems. SUBSTANCE: proposed heat generator has housing with two inlet diametrical rectangular holes found in upper portion and used for supply of water; these holes are made tangentially relative to radius of rotor; angle of inclination of longer side of holes coincides with angle of inclination of generatrix of stator surface; four equidistant outlet holes found in lower portion are used for discharge of water and steam; they are made tangentially relative to radius of rotor. Mounted in center portion of housing are stator and rotor; generatrices of their surfaces are determined by analytical dependence Y = K/X²; rotor supported by bearing units in upper and lower portion of housing is made in form of turbine provided with four blades with mirror S-shaped bent surfaces. EFFECT: enhanced efficiency without use of circulating pump; enhanced reliability and durability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева воды и производства пара, и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений, для нагрева воды и производства пара для производственных и бытовых нужд. The invention relates to heat engineering, in particular to devices for heating water and steam production, and can be used in heating systems of buildings and structures, for heating water and steam production for industrial and domestic needs.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров воды, в частности давления, объема и скорости для получения тепловой энергии. Known devices of heat pumps using changes in the physico-mechanical parameters of water, in particular pressure, volume and speed to produce thermal energy.

Например, тепловой насос по а. с. 458691. Но недостатком его является очень высокое рабочее давление до 1000 атм, развиваемое в корпусе, которое требует повышенной прочности корпусных деталей установки, запорной арматуры и т.п., что приводит к значительным материальным затратам и опасно для отопления жилых помещений. For example, a heat pump according to a. from. 458691. But its disadvantage is the very high working pressure of up to 1000 atm, developed in the housing, which requires increased strength of the plant housing parts, shutoff valves, etc., which leads to significant material costs and is dangerous for heating residential premises.

В качестве прототипа выбран "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости", патент 2045715, состоящий из теплогенератора, включающего ускорители движения жидкости - перепускной патрубок и циклон, тормозные устройства, и сетевого насоса с инжекционным патрубком. Недостатком прототипа является кавитационный принцип нагрева воды, уменьшающий в силу известных причин сроки эксплуатации устройства; наличие в конструкции двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства. As a prototype, “Heat generator and a device for heating liquids” was selected, patent 2045715, consisting of a heat generator, including liquid accelerators - a bypass pipe and a cyclone, braking devices, and a mains pump with an injection pipe. The disadvantage of the prototype is the cavitation principle of heating water, which reduces, due to known reasons, the operating life of the device; the presence in the design of two separate units - a heat generator and a pump; drop in efficiency with increasing power of the device.

Задача изобретения - обеспечение эффективного нагрева воды и производства пара упрощенной конструкцией с высоким коэффициентом полезного действия, без применения традиционных теплоносителей, с низкими затратами электроэнергии и повышенными эксплуатационными качествами - надежностью и долговечностью. The objective of the invention is the provision of effective heating of water and steam production with a simplified design with a high efficiency, without the use of traditional coolants, with low energy costs and increased performance - reliability and durability.

На фиг. 1 показан общий вид теплогенератора; на фиг. 2 показан ротор с лопатками; на фиг. 3 показан горизонтальный разрез по входным отверстиям; на фиг. 4 показано расположение входного отверстия в статоре; на фиг. 5 показан горизонтальный разрез по выходным отверстиям. In FIG. 1 shows a general view of a heat generator; in FIG. 2 shows a rotor with blades; in FIG. 3 shows a horizontal section through the inlets; in FIG. 4 shows the location of the inlet in the stator; in FIG. 5 shows a horizontal section through the outlet openings.

Задача достигается тем, что в корпусе 1 фиг. 1, в центральной его части установлены статор 2 и ротор 3, где построение образующей поверхностей статора и ротора определяется аналитической зависимостью У = К/Х². Ротор 3 представляет собой турбину с четырьмя лопатками 4, имеющими зеркально отображенную S-образно изогнутую поверхность фиг. 2, опирающуюся на нижний подшипниковый узел 5 в нижней крышке 6 корпуса 1 фиг. 1 и верхний подшипниковый узел 7 в верхней крышке 8 корпуса 1 фиг. 1 и приводится во вращение через муфту 9 высокооборотным электродвигателем 10 постоянного тока. Для подачи воды в теплогенератор в верхней части корпуса 1 выполнены по касательной к радиусу ротора 3 два диаметрально расположенных отверстия 11 фиг. 3 прямоугольного сечения, угол наклона длинной стороны которых совпадает с углом наклона образующей поверхности статора 2 фиг. 4. Для отвода горячей воды или пара от теплогенератора в нижней части корпуса 1, по касательной к радиусу ротора 3, предусмотрено четыре выходных отверстия 12, расположенных на равном удалении друг от друга по окружности фиг. 5.The task is achieved in that in the housing 1 of FIG. 1, in its central part, stator 2 and rotor 3 are installed, where the construction of the generatrix of the surfaces of the stator and rotor is determined by the analytical dependence Y = K / X ² . The rotor 3 is a turbine with four blades 4 having a mirror-shaped S-shaped curved surface of FIG. 2, resting on the lower bearing assembly 5 in the lower cover 6 of the housing 1 of FIG. 1 and the upper bearing assembly 7 in the upper cover 8 of the housing 1 of FIG. 1 and is driven into rotation through a clutch 9 by a high-speed DC motor 10. To supply water to the heat generator in the upper part of the housing 1, two diametrically located openings 11 of FIG. 3 of rectangular cross section, the angle of inclination of the long side of which coincides with the angle of inclination of the generatrix surface of the stator 2 of FIG. 4. For the removal of hot water or steam from the heat generator in the lower part of the housing 1, tangentially to the radius of the rotor 3, there are four outlet openings 12 located at an equal distance from each other around the circumference of FIG. 5.

Теплогенератор работает следующим образом. Поступающая в корпус 1 через входные отверстия 11 вода приводится в круговое движение ротором 3 от электродвигателя 10. По мере перемещения к нижней части корпуса 1 вода под воздействием лопаток 4, имеющих зеркально отображенную S-образно изогнутую поверхность, приобретает значительную скорость и повышенное давление на выгнутой стороне лопаток 4, максимальное значение которых достигается в зоне выходных отверстий. Одновременно на вогнутой стороне лопаток 4 формируются зоны сильного разрежения - вакуума, максимальное значение которого также достигается в зоне выходных отверстий. На границах зон высокого давления и вакуума, согласно известному явлению, имеющему место при адиабатических процессах, локальная температура в приграничных областях зон достигает 10000^oС, что приводит к разогреву в зоне выходных отверстий 12 рабочей среды - воды и пара соответственно до 100^oС и до 400^oС. Нагретую воду или пар отводят через выходные отверстия 12 в нижней части корпуса 1.The heat generator operates as follows. The water entering the housing 1 through the inlet openings 11 is driven in a circular motion by the rotor 3 from the electric motor 10. As it moves to the lower part of the housing 1, water under the influence of the blades 4 having a mirror-shaped S-shaped curved surface acquires considerable speed and increased pressure on the curved side of the blades 4, the maximum value of which is achieved in the area of the outlet openings. At the same time, zones of strong rarefaction — vacuum, are formed on the concave side of the blades 4, the maximum value of which is also achieved in the area of the outlet openings. At the boundaries of high-pressure and vacuum zones, according to the well-known phenomenon that occurs during adiabatic processes, the local temperature in the border regions of the zones reaches 10,000 ^o C, which leads to heating in the zone of the outlet openings 12 of the working medium - water and steam, respectively, to 100 ^o C and up to 400 ^o C. Heated water or steam is discharged through the outlet 12 in the lower part of the housing 1.

Теплогенератор, мощность которого находится в прямой зависимости от скорости вращения и размеров ротора 3, может работать как в режиме нагрева воды, так и в режиме парообразования, так как давление и температура воды и пара на выходе регулируются изменением скорости вращения ротора 3, а также выполняет функцию сетевого насоса и подключается непосредственно как в тепловую сеть, так и в сеть потребителя горячей воды или пара или к теплообменнику. The heat generator, whose power is directly dependent on the speed of rotation and the size of the rotor 3, can operate both in the water heating mode and in the steam generation mode, since the pressure and temperature of the water and steam at the outlet are regulated by changing the speed of rotation of the rotor 3, and also performs function of the network pump and is connected directly to the heat network, as well as to the network of the consumer of hot water or steam or to the heat exchanger.

Преимуществами предлагаемого теплогенератора является то, что конструкция состоит из одного агрегата, т.к. нет необходимости в насосе, создающем сжатие среды внутри корпуса, сжатие обеспечивается самой конструкцией - конусообразной формой статора и ротора и зеркально отображенной S-образной формой лопаток ротора; уменьшается возможность разрушения деталей конструкции, т. е. повышается срок эксплуатации устройства, потому что явление кавитации на поверхности лопаток отсутствует, т.к. области повышения температуры воды смещены на границы соприкосновения зон повышенного давления и зон разрежения; упрощение конструкции достигается и за счет отсутствия разгонных и тормозных устройств, т.к. создаваемое давление, скорость и температура регулируются числом оборотов ротора. The advantages of the proposed heat generator is that the design consists of one unit, because there is no need for a pump that creates compression of the medium inside the housing, compression is ensured by the design itself - the cone-shaped form of the stator and rotor and the mirror-shaped S-shape of the rotor blades; the possibility of destruction of structural parts is reduced, i.e., the life of the device is increased, because the phenomenon of cavitation on the surface of the blades is absent, because areas of increasing water temperature are shifted to the boundaries of contact between the zones of high pressure and rarefaction zones; simplification of the design is achieved due to the lack of acceleration and braking devices, as the generated pressure, speed and temperature are controlled by the rotor speed.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается теплогенератор с числом оборотов ротора до 10000 об/мин. При этом высота ротора равна 190 мм, диаметр верхней части ротора равен 60 мм, диаметр нижней части ротора - 180 мм, температура воды на выходе - до 100^oС при скорости вращения ротора 6800 об/мин, температура пара на выходе - до 400^oС при скорости вращения ротора 10000 об/мин, рабочее давление - до 6 атм, выходная мощность - 6 кВт, потребляемая мощность - 1,5 кВт.In accordance with the essence of the invention, a heat generator with a rotor speed of up to 10,000 rpm is manufactured. The height of the rotor is equal to 190 mm, the diameter of the upper part of the rotor is 60 mm, the diameter of the lower part of the rotor - 180 mm, the outlet water temperature - up to 100 ^o C at a rotor speed of 6800 rev / min, steam outlet temperature - 400 ^o C at a rotor speed of 10,000 rpm, operating pressure up to 6 atm, output power 6 kW, power consumption 1.5 kW.

Claims

A mechanical heat generator comprising a housing, characterized in that in the housing in the upper part for supplying water, two inlet, diametrically arranged rectangular holes are made tangentially to the radius of the rotor, the angle of inclination of the long side of which coincides with the angle of inclination of the forming surface of the stator, in the lower part for removal water and steam are made tangentially to the radius of the rotor of four output holes equally equidistant from each other, and in the central part of the housing there is a stator and a rotor, the surface of which cated analytical dependence y = K / X ^2, the rotor being supported on bearing assemblies at the top and bottom of the housing is in the form of a turbine having four blades with a mirror image S-curved surfaces.